单掺砂状钢渣混凝土的抗压强度试验研究

刘 攀

(新疆水利水电勘测设计研究院,乌鲁木齐 830000)

单掺砂状钢渣混凝土的抗压强度试验研究

刘 攀

(新疆水利水电勘测设计研究院,乌鲁木齐 830000)

使用砂状钢渣等量代替混凝土中细集料配制钢渣混凝土，针对钢渣混凝土的强度指标，围绕水胶比、钢渣掺量等影响因素进行试验研究。试验结果表明：砂状钢渣在混凝土中的最优掺量是30%，并且在水胶比一定时，相应最优掺量钢渣混凝土28 d以上龄期强度均接近或超过普通混凝土。

混凝土；砂状钢渣；抗压强度；细骨料

钢渣是钢铁厂在冶炼钢铁时产生的废渣，它主要是由钙、硅、铁、镁和少量的锰、铝等元素的氧化物组成，其内部还含有少量的游离态氧化钙及金属铁等。据调查显示，在美、日等国家，有相当一部分钢渣被用作冶金的回炉烧结料[1]，其余的被用在土木工程和道路工程中。当然还有些被用在农业当中，作为一种肥料来改善土壤的性质[2]。钢渣本身具有很高的抗压强度和很好的耐久性，这就使得其可以作为混凝土的掺和料[3-4]。

本试验选择粒径范围小于5 mm部分的砂状钢渣，按照一定比例代替细集料配制混凝土，研究其对混凝土抗压强度的影响。

1 原材料

水泥为新疆天山水泥厂生产的42.5R型普通硅酸盐水泥；砂状钢渣是产自新疆八一钢铁厂已除铁的钢渣原渣，经过人工筛选所得粒径小于5 mm部分，并按照细集料的级配，配制细度模数μ=2.8的砂状钢渣，表面分布蜂窝状孔隙，其饱和面干吸水率为7.14%；细集料选用乌拉泊水库上游乌鲁木齐河中的水洗砂，细度模数μ=2.8(Ⅱ区)中砂，含泥量为0.34%；粗集料采用乌拉泊水库上游乌鲁木齐河中的河卵石，级配连续，含泥量为0.21%，其压碎指标δ=2.5%(Ⅰ类)；拌和用水为实验室中自来水；减水剂是新疆格辉科技有限公司生产的FDN高效减水剂。

2 试验设计

2.1 试验方法

试验中，测定拌和物的坍落度后，将拌和物置于150 mm×150 mm×150 mm试模内振动成型，3个试件为1组，在恒温恒湿的环境下(温度为25 ℃、湿度为96%)养护24 h后脱模，然后置入恒温恒湿条件下养护1、3、7、28、60 d龄期，达到龄期后进行抗压强度试验。其中，抗压强度试验参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行试验。

2.2 试验方案

试验前对所使用砂状钢渣进行预吸水，使其达到饱和面干状态。试验采用0.30、0.35和0.40三种水胶比，在不同水胶比中，将饱和面干状态砂状钢渣按照质量百分比分别等量代替混凝土中细集料。该试验以10%、20%、30%、45%四个砂状钢渣掺量进行试验。钢渣混凝土抗压强度试验配合比见表1。

表1 单掺砂状钢渣混凝土抗压强度试验配合比表

由表1可知，配合比拌制的钢渣混凝土坍落度均在180～200 mm之间，并且拌和物具有良好的保水性和粘聚性，混凝土未出现严重泌水或者离析现象，因此判定新拌制混凝土合格。

3 试验结果与分析

单掺砂状钢渣混凝土抗压强度试验共12组，按表1中配合比配制混凝土，试验中所选砂状钢渣为饱和面干状态，并制作混凝土标准抗压强度试件，在恒温恒湿环境中养护，分别测试龄期为1、3、7、28、60 d的试件混凝土抗压强度，试验结果见表2。

由表2可以看出，不同水胶比的预吸水砂状钢渣混凝土，各龄期抗压强度整体上随着掺量的增大先增大而后减小，呈现出良好的规律性；混凝土中砂状钢渣掺量为30%时，28 d 抗压强度最大，且高于对照组混凝土的强度。其中，在混凝土中砂状钢渣掺量≤30%时，龄期28、60 d混凝土抗压强度随着砂状钢渣掺量的增加而增大，且砂状钢渣掺量为30%时混凝土抗压强度最大；当砂状钢渣的掺量>30%时，钢渣混凝土的抗压强度随着砂状钢渣掺量的增加而下降。因此，从混凝土抗压强度角度看，在把砂状钢渣作为混凝土拌和料时，砂状钢渣的最优掺量是30%。砂状钢渣在本试验掺量范围内，混凝土1～28 d抗压强度增长速度较快，而28 d之后的抗压强度增长速度较慢。

表2 预吸水砂状钢渣混凝土强度试验结果表

由分析可知，砂状钢渣掺量对不同水灰比的混凝土抗压强度影响呈现出相似的规律性，预吸水砂状钢渣在一定程度上对混凝土的抗压强度有增强作用。因此，单从抗压强度角度看，把砂状钢渣作为混凝土的拌和料时，砂状钢渣的最优掺量是30%。砂状钢渣在生产中应用时，应特别注意砂状钢渣掺量对混凝土强度的影响，其掺量应控制在合理范围内。

4 结 语

水胶比是影响钢渣混凝土抗压强度的主要因素，一般而言，钢渣混凝土的强度随着水胶比的增大而减小。不同水胶比的预吸水砂状钢渣等量代替细集料配制混凝土，各龄期抗压强度整体上随着掺量的增大先增大而后减小，呈现出良好的规律性；混凝土中砂状钢渣掺量为30%时，28 d抗压强度最大，且高于对照组混凝土的强度，30%为砂状钢渣的最优掺量。

[1] 石青.美国钢铁渣工业的发展概况-钢铁渣综合利用考察报告[J].硅酸盐建筑制品,1980,(4)：31-35.

[2] The Slag Sector in the Steel Industry[C]//The Japan Iron and Steel Federation Nippon Slag Association Tokyo.University of Tokyo,2006：1-32.

[3] 吕林女,何永佳,丁庆军.利用磨细钢渣矿粉配制C60高性能混凝土的研究[J].混凝土,2004,(6)：51-53.

[4] 刘攀,侍克斌,努尔开力·依孜特罗甫,等.钢渣高性能混凝土抗压强度及早期抗裂性能研究[J].混凝土,2014,(5)：57-59.

Study on Tests of Compressive Strength of Concrete Mixed with Steel Slag in Sand Shape

LIU Pan

(Xinjiang Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Urumqi 830000, China)

The steel slag in sand shape replaces the fine aggregate in equivalent quantity to mix the steel slag concrete. Aiming at the strength of the slag concrete, tests are performed based on the impact factors such as water-cementitious ratio, quantity of steel slag mixed, etc. The tests present that the optimum quantity of steel slag mixed in concrete is 30%. Furthermore, the strength (above 28 d) of the concrete with corresponding optimum quantity of the steel slag mixed, while the water-cementitious ratio is fixed, is close to or higher than that of the ordinary concrete.

concrete; steel slag in sand shape; compressive strength; fine aggregate

1006—2610(2015)02—0082—02

2014-10-20

刘攀(1987- )，男，安徽省太和县人，硕士研究生，主要从事水利水电工程设计工作.

TV431.6

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.02.021